近日，南开大学化学学院的张新星研究员（点击查看介绍）及其团队在敞开式离子源的研制方面取得了新进展，他们创新地利用随处可见的烟雾报警器中的放射性核素镅241衰变产生的α粒子，研制出一种新型的镅241等离子体脱附电离离子源（AmDI），这是国际上首个放射性元素被运用敞开式离子源中的例子。与常规的敞开式离子源不同，该离子源成本只需8元，不需要任何外加能量，如载气、电压、光、加热、微波、超声等，实现了对二十余种现实样品的脱附电离，是一种检测速度快、小巧便携、经济实惠的敞开式离子源。

二十一世纪初期，两种敞开式离子源技术——解吸电喷雾电离质谱技术（DESI）和实时直接分析质谱技术（DART）一经问世，便取得了巨大的成功，打开了质谱敞开式离子源研究的大门。迄今为止，研究人员已经开发了40多种敞开式离子源，并广泛的应用于生物医学、药物分析、环境监测、食品安全等领域。时至今日，对敞开式离子源的研究仍在如火如荼的进行当中。研究人员致力于采取不同的技术，研制新型的、具有高采样速度、易获取、软电离、高灵敏度和广泛适用性等优势的敞开式离子源。然而这些离子源无一例外地需要外部能量的输入，如载气、高电压、光、加热、微波、超声等等，而这些能量的输入必然伴随着除质谱仪之外其他仪器设备的介入，为质谱检测的小型化提供了障碍。

在该项研究中，研究团队取材于生活中随处可见的烟雾报警器。在烟雾报警器中，存在着一种具有放射性的元素——镅241。据了解，该镅241等离子体脱附电离离子源在电离样品的过程中，施加给样品的能量的来源主要依靠镅241衰变释放出的α粒子。衰变产生的单个α粒子具有约5.5 MeV的动能，当α粒子进入到空气后，会与空气中的分子发生碰撞，消耗动能，使空气中的分子发生电离。被电离的分子与样品表面接触，进行能量传递，实现电离和脱附。

在安全性方面，张新星表示，与“谈核色变”相反的是，“只要不吃到肚子里，就很安全。”由于α粒子在空气中只能传播4厘米，在皮肤中只能传播48微米，因此国家生态环境部将其定义为极低危险的、不会对人造成永久性损伤的第五类放射源。研究团队对实验中的镅的放射性活度进行了测试，该离子源中使用的镅241的放射性活度为1×104 Bq，即每秒钟释放10000个α粒子，小于国家环保总局对镅241的豁免值（1×105 Bq）。

在该项研究中，所检测的分子涉及药物、非法食品添加剂、成瘾剂、杀虫剂、杀菌剂、植物提取物以及脂质。样品形式涉及污渍、植物的茎叶、食品、药片、人的手指、指纹等多种表面，展现了它的普适性和广泛的应用前景。部分分析物的检测限可达几十皮克范围，检测时间也在数秒之内，体现其灵敏度高、检测速度快的特点。这种技术的开发不仅为敞开式离子源的研制提供了新思路，在未来也有望被应用在药物检测、法医鉴定、刑侦破案、食品安全和天然产物分析等领域。

相关技术已申请国家发明专利，相关应用发表在SCI知名期刊《分析化学》（Analytical Chemistry）上。本文的第一作者为南开大学硕士研究生邢栋，第二作者为南开大学本科生梁驰予，第三作者为南开大学硕士研究生苑旭。

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An 241Am plasma desorption ionization (AmDI) source scavenged from smoke detectors for ambient mass spectrometry sampling

Dong Xing（邢栋）, Chiyu Liang（梁驰予）, Xu Yuan（苑旭）, Xinxing Zhang（张新星）*

Anal. Chem., 2022, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c01704

导师介绍

张新星

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